Cơ sở hóa sinh trịnh lê hùng

P G S . TS TRỊNH LÊ HÙNG

COS ờ
HOÁ S I j ể M
(DÙNG CHO SINH VIÊN NGÀNH KHOA HỌC T ự NHIÊN)

NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM


PGS.TS. TRỊNH LÊ HỪNG

C ơ SỜ HOA SINH
Dùng cho sinh viên ngành Khoa học Tự nhiên
(Tái bản lần thứ ba)

NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM


MỤC LỤC
Trang
Lời nói đẩu
Kí hiệu một vài thuật ngữ viết tắt
Một vài nét về sự hình thành mơn Hố sinh

3
6

7

C hư ơn g 1. L Ô G IC P H Â N T Ử C Ủ A s ự S Ố N G

1.1. Tất cả cơ thể sống đều có chung nguồn gốc hố học
1.2. Sự hình thành và tiêu thụ năng lượng trong q trình chuyển hố
1.3. Thơng tin di truyền

9
9
11

Chương 2. TẾ BÀO VÀ CÂU T R Ú C TẾ BÀ O

2.1. Tế bào - Đơn vị sống nhỏ nhất
2.2. Cấu trúc của tế bào
2.3. Các bào quan

13
15
17

Chương 3. TH À N H PHAN HOÁ h ọ c c ủ a c o t h e s ố n g
VÀ VAI TR Ò C ÚA NƯỚC TR O N G Q U Á TR ÌN H SỐNG

3.1. Các ngun tố hố học trong cơ thể sống
3.2. Vai trị của nước trong quá trình sống

20
23

Chương 4. C A C B O H ID R Á T

4.1. Đại cương

4.2. Cấu trúc và tính chất

29
30
Chương 5. LIPIT

5.1. Đại cương
5.2. Cấu trúc và tính chất

48
49
Chương 6. PROTEIN

6.1.
6.2.
6.3.
6.4.

Đại cương
Cấu tạo phân tử protein
Một số tính chất quan trọng của protein
Một số protein quan trọng

59
60
79
81

Chương 7. AXIT N UCLEIC

7.1. Đại cương
7.2. Cấu trúc hoá học của axit nucleic

84
89

7.3. Axit Đeoxiribonucleic (ADN)
7.4. Axit ribo nucleic (ARN)

89
99

Chương 8. C ÁC C H Ấ T x ứ c TÁ C SINH H Ọ C
Phần m ộ t : E n zim

8.1.
8.2.
8.3.
8.4.
8.5.

Đại cương về enzim
Cấu tạo phân tử của enzim
Tính đặc hiệu của enzim
Tác dụng xúc tác của enzim
Zimogen và sự hoạt hoá zimogen

103
104
107

107
110

3


8 .6

. Sự phân bố enzim trong tế bào
8.7. Tên gọi và phân loại
8 .8 . Các yếu tố ảnh hưởng đến vận tốc của phản ứng enzim
Phần hai

C oen zim , vitam in

111
111
112

và một số kim loại cần thiết

8.9. Coenzim và cơ chế hoạt động
8t'10. Vitamin
8.11. Các chất kháng vitamin (antivitamin)
8 . 1 2 . Ion kim loại trong enzim

120

123
125

126

Chương 9. H O O C M O N

9.1.
9.2.
9.3.
9.4.

128
128
138
139

Đại cương về hoocmon
Hoocmon động vật
Hoocmon côn trùng
Hoocmon thực vật
C h ư ơ n g 10.

10.1.
10.2.
10.3.
10.4.

CÁC CHẤT TRỢ SINH

Định nghĩa
Phân loại
Các chất trợ sinh ở động vật và côn trùng

Các chất trợ sinh ở thực vật

Chương 11. Sự TRAO Đổi CHẤT
11.1. Giới thiệu về sự trao đổi chất
11.2. Các quá trình diễn ra trong trao đổi chất
Chương 12.

160
167
C h ư ơ n g 13.

TRAO Đ ối LIPIT

13.1 Phân giải lipit
13.2. Tổng hợp lipit
Chương 14. TRAO Đổi PROTEIN
Phân giải protein và aminoaxit
Sinh tổng hợp aminoaxit
Sinh tổng hợp protein
Điều hoà sinh tổng hợp protein

Chương 15. TRAO Đổi AXIT NUCLEIC
15.1. Phân giải axit nucleic
15.2. Sinh tổng hợp nucleotit purin
1 5 .3 . Sinh tổng hợp nucleotit pirimiđin
15.4. Sinh tổng h ợ p ADN
15.5. Sinh tổng hợp ARN
LIỆU T H A M K H Ả O

4

148
150

TRAO Đổi GLUXIT

12.1. Phân giải gluxit
12.2. Tổng hợp gluxit

14.1.
14.2.
14.3.
14.4.

143
143
143
147

16Ộ

175
181
191
194
200

201
202

204
207
208
211


ỉiờ i nói đầu
Q trình chuyển hố các chất xung quanh chúng ta là một loạt các phản
ứng hoá học được diễn ra tuân theo những quy luật nhất định của hố học. So
với th ế giới vơ cơ thì q trình này trong thê giới sống là vơ cùng phức tạp và
đầy bí ẩn.
Những thành quả nghiên cứu khoa học về sự sống đạt được trong 50 năm
gần đây của th ế giới là bước đi dài của con người, song những hiếu biết của
chúng ta vẫn còn đang ở phía trước.
Hơn ai hết, sinh viên ngành hố là những người nắm được những hiểu
biết về các quy luật hố học, cần phải tìm hiểu những quy luật này diễn ra
trong th ế giới vật chất sống nhằm khai thác phục vụ cho lợi ích của con người
nhưng đồng thời củng phải biết hướng sự sông của con người sao cho hài hồ
với mơi trường thiên nhiên.
Cuốn giáo trình "Cơ sở Hoá sinh" nhằm, giúp sinh viên ngành Hoá học,
ngành Sinh học và Mơi trường có một bức tranh toàn cảnh về sự sống, các
chất sống và các bước chuyên hoá các chất này trong cơ thê sống. Tuy nhiên,
đây củng chỉ là một lượng kiến thức cơ sở tối thiếu mang tính chấm phá và gợi
mở. Tác giả hy vọng cuốn sách sẽ đáp ứng được một phần nào đó những thắc
mắc về th ế giới mà chúng ta đang sống và hơn thế, nếu được, là tạo ra sự tò
mò đối với các bạn muốn đi sâu vào lĩnh vực hoá sinh học.
Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TSKH. Đặng Như Tại uà GS.TSKH.
Trần Đình Toại về những ý kiến đóng góp sửa chữa trước khi cuốn giáo trình
được ph á t hành rộng rãi.
Tác giả xin có lời cảm ơn trước các bạn đọc xa gần về những ý kiến sẽ đóng

góp khi cuốn sách này được các bạn quan tâm đến.
Hà nội, tháng 4 năm 2005
TÁC GIẢ

5


KÍ HIỆU MỘT VÀI THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ACP :

Protein mang axyl (Acyl C arrier Protein)

AMPV :

AM P vịng

ARNm :

ARN thơng tin (tiếngAnh m là chữ viếttắt của message : thông tin)

A R N ị:

ARN vận chuyển (tiếng Anh t là chữ viết tắt của tra n s fe r : vận chuyển)

AR NV :

ARN virut

Da :

Dalton là đdn vị khối lượng tương đương khối lượng nguyên tử hiđro
(1 ,66.10~24g)

EF :

Yếu tố kéo dài (Elongation Factor)

IF :

Yếu tố khỏi động (Iniliation Factor)

In vitro :

Trong ống nghiệm

In vivo :

Trong cơ thể sống

IU :

Đơn vị hoạt độ của enzim theo quốc tế (Tiếng Anh

Ẳ :

Angstron (1 0 '1° m)

n

:

M icro (10‘6m)

n

:

N a n o (1 0 '9m)

pv :

s :

: International unit)

Photpho vô cơ (tiếng Anh : Pj)
(S vedberg unit) đơn vị dùng để đo hệ số lắng.

1S =10'13giây. Hằng

sô'

lắng tỉ lệ với tốc độ lắng của phân tử trong trường li tâm và tỉ lệ vớikích
thước và hình dạng phân tử.

6


MỘT VÀI NÉT VỂ Sự HÌNH THÀNH

MƠN HỐ SINH

Hố sinh học là một môn học nghiên cứu về sự sống dưới góc độ phân
tử. Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu tìm hiểu thành phần, câu tạo, chức năng và
bản chất hố học của các q trình chuyển hố các chất trong cơ thể sống.
Hố sinh học có thể chia thành ba lĩnh vực chính :
1. Cấu trúc hố học của các chất có nguồn gốc từ sự sống và mối tương
quan giữa chức năng sinh học với câu trúc hoá học.
2. Sự trao đổi chẫt thể hiện qua các phản ứng hoá học xuất hiện trong cơ
thể sống.
3. Bản chât hố học của các q trình và các chât thực hiện sự lưu giữ và
truyền dẫn thông tin sinh học.
Mơn Hố sinh ừở thành một ngành nghiên cứu độc lập từ đầu thế kỉ XIX
với cơng trình khởi đầu của Friedrich Wohler. Trước thời Wohler người
ta cho rằng các chất trong vật chất sống khác biệt hoàn toàn với các chất
trong vật chất không sống, chúng không tuân theo các quy luật vật lí và
hố học đã biết, chúng chỉ sinh ra trong tế bào sống nhờ vào một "lực
sống" huyền bí nào đó. Năm 1828, trong phịng thí nghiệm, YVhõler đã
tổng hợp ra urê, một chất có nguồn gốc sinh học, từ hợp chât vô cơ là
amoni xianat. Tuy nhiên, các quan điểm về "lực sống" vẫn tổn tại. Vào
nửa sau thế kỉ XIX người ta đã biết khá nhiều về cấu trúc những thành
phần chủ yếu của cơ thể sống như aminoaxit và protein, monosaccarit và
polisaccarit, lipit và axit nucleic. Cuối thế kỉ XIX, vào năm 1897, cơng
trình của Eduard và Hans Buchner đã phát hiện ra rằng dịch chiết xuất
từ mảnh vụn của tế bào nấm men bia (có nghĩa là các tế bào này đã chết
hoàn toàn do bị nghiền vụn) vẫn thực hiện được q trình lên men (lên
men vơ bào) đường biến thành rượu. Khám phá này đã mở đường cho
việc thực hiện các phản ứng hoá sinh ngay trong ống nghiệm - irt vitro
mà khơng cần địi hỏi trong một cơ thể sống - in vivo. Đây được xem

như một trong những cơng trình có ảnh hưởng lớn nhất đã làm cho
thuyết "lực sống" bị sụp đổ hoàn tồn và thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ
mơn Hố sinh trong thê'kỉ tiếp theo.
Nửa đầu thế kỉ XX đã xuất hiện nhiều thành tựu về lĩnh vực hoá sinh
học. Qua đó người ta đã biết được sư hiện diện và vai trò của vitamin,
hoocmon vả bản chât của enzim là protein. Các phản ứng của quá trình
lên men và chu trình oxi hố, photphoryl hố cũng đã được lí giải.
Thừa hưởng những thành quả rực rỡ của sự phát triển mạnh mẽ của
các ngành khoa học kĩ thuật nói chung, từ những năm 50 của thế kỉ trước
đến nay, trong lĩnh vực hoá sinh học đã tiếp tục xuất hiện thêm nhiều
thành tựu đáng kể về nghiên cứu câu trúc phân tử axit nucleic, protein,
cơ chế xúc tác của enzim, quá trình tổng hợp protein, axit nucleic và cơ
chê điều hồ của chúng.
Hố sinh học ngày nay thực sự là trung tâm của cuộc cách mạng
sinh học.


Chương 1
LƠGIC PHẨN TỬ CỦA s ự SĨNG

1.1. TẤT CẢ C ơ THỂ SỐNG ĐỀU CÓ CH UNG N G U ồ N GỐC HOÁ HỌC
1.1.1. Sư khác biêt giữa co th ể sống và giới vô cơ
a) Cơ thể sống có tổ chức cấu tạo rất tinh vi từ những phân tứ chất hữu cơ có phân tử
lượng lớn và có cấu trúc rất phức tạp. Ngược lại, đối với giới vơ cơ như đất, đá, nước,
khơng khí,... chúng chỉ là tập hợp cua những chất hoá học đưn giản.
b) Cơ thể sống thường xuyên tiếp nhận nãng lượng từ mơi trường xung quanh (năng
lượng hố học và năng lượng quang học) đe thực hiện các quá trình chuyến hố nhằm
mục đích duy trì sự tồn tại và phát triển. Các chất vơ cơ khơng có khả năng này và nếu có
thì nãng lượng thu được lại phá vỡ các liên kết làm chúng tan rã thành các chất đơn

giản hơn.
c) Cơ thế sống có khả năng tự tái tạo liên tục ớ cấp cấu trúc có (rật tự cao, nghĩa là
chúng có thể tự sinh ra chính bản thân chúng và thậm chí cịn phát tricn vượt bậc nhờ vào
sự tiến hố. Các chất vơ cư hồn tồn khơng có khả năng nàv.
1.1.2. N guồn gốc hố hoc của vât chât sống
Tất cả các dại phân tử sinh học dều được tạo thành từ một sỏ dơn vị có cấu tạo đưn
giản, điển hình là aminoaxit, nucieotit và monosaccarit. Chúng được ghép nối với nhau
tuân theo những quy luật chặt chẽ đe hình thành ra các đại phàn tử sinh học như protein,
axit nucleic V'à polisaccarit. Sự ghép nối nàv cũng giống như sự ghép nối các chữ cái để
thành một từ có nghĩa và các từ lại được ghép với nhau đế diễn đạt mội câu hơàn chinh.
Ví dự, trong tự nhiên có rất nhiều hợp chất protein nhưng tất cả đều chí dược tạo ra từ 2 0
aminoaxit, cịn về sự đa dạng của giơng lồi trong tự nhicn quyết định bới axit nucleic lại
chi được tạo ra từ 4 nucỉeotit.
1.2. S ự H ÌN H T H À N H VÀ TIÊU THỤ N Ă N G LƯỢNG TRONG Q U Á TRÌNH
CHUYỂN HỐ
1.2.1. Cơ thế sông luôn không cân bằng với môi trường xung quanh
Từ khi xuất hiện sự sống và trong suốt quá trình tiến hố, sự sống bao giờ cũng được
ngăn cách với môi trường xung quanh bằng lớp màng. Các quá trình sống được diễn ra
bên trong lớp màng này, lúc đầu với những tổ chức sống đơn giản, về sau xuất hiện các
cư quan nội bào và càng ngày càng phức tạp hơn dẫn đến sự khác biệt ngày càng lớn giữa
cơ thê sống và môi trường xung quanh. Sự khác biệt bên trong và bẽn ngồi màng chính
là thành phần và nồng độ các chất. Khi sự sống không cịn nữa thì các màng này bị phá
vỡ và lập tức có xu thế thiết lập lại trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh.
2 CSHOA SINH.A

9


1.2.2. Thành phần phân tử phản ánh trạng thái cân bằng động
Thành phần hoá học bên trong cơ thể sống ln ln ổn định nhưng khơng có nghĩa

là sự ổn định cứng nhắc. Trong cơ thể sống ln có sự luân chuyển thay đổi dòng vật chất
và năng lượng. Các chất trong cơ thể sống không tồn tại vĩnh viễn, chúng luôn đổi mới
bằng cách tự phân huỷ rồi thải vào môi trường và đồng thời lại xây dựng mới nhờ tiếp
nhận các chất khác từ mỏi trường.
1.2.3. Cơ th ể sống trao đối năng lượng và vât chất với m ôi trường xung quanh
Cơ thể sống là một hệ mở ln có sự trao đổi năng lượng và vật chất với môi trường
xung quanh trong điều kiện đẳng áp và đẳng nhiệt.
Cơ thể sống được gọi là dị dưỡng nếu như nó tiếp nhận các chất từ mơi trường xung
quanh và lấy năng lượng tự do nhờ phản ứng sinh nhiệt của quá trình biến đổi các chất
này. Nguồn năng lượng này để duy trì cơ thể sống và để cung cấp cho các phản ứng thu
nhiệt diễn ra trong cơ thể sống.
Cơ thế’ sống được gọi là tự dưỡng nếu như nó tiếp nhận năng lượng từ các nguồn sáng
của môi trường (quang nãng) đặc biệt là ánh sáng mặt trời. Các phản ứng quang hoá phát
nhiệt làm tiền đề thực hiện các phản ứng thu nhiệt nội bào.
1.2.4. Enzim quyết định thứ tư các phản ứng diễn ra
Để cho một phản ứng hoá học xảy ra, các chất tham gia phản ứng cần phải có một
năng lượng hoạt hố. Các chất dù đã có thế năng cao hơn sản phẩm phản ứng vẫn phải
được hoạt hoá về trạng thải chuyển tiếp, sau đó phản ứng thực sự mới xảy ra. Bình thường
năng lượng này được tạo ra bằng cách tăng nhiệt độ của hệ phản ứng, ví dụ đun nóng.
Tuy nhiên, cơ thể sống khơng đi theo cách này. Cơ thể sống là một hệ đẳng nhiệt, chứa
các chất không bền với nhiệt. Trong thực tế, cơ thể sống sử dụng chất xúc tác sinh học
đặc hiệu gọi là enzim. Nhờ các enzim này, năng lượng hoạt hoá của các chất tham gia
phản ứng được giảm đáng kể đến mức khơng cần gia tăng nhiệt độ.Cũng vì thế tốc độ
phản ứng do enzim xúc tác tăng lên rất nhiều lần, thường gấp1 0 6 - 1 0 7 lần so với không
được xúc tác.
Trong tế bào sống ln có mặt hàng nghìn enzim khác nhau và mỗi enzim chỉ xúc
tác cho một phản ứng riêng biệt với độ đặc hiệu rất cao. Một số enzim lại tập hợp thành
mộjt cụm cùng xúc tác cho một loạt các phản ứng hố học liên tiếp tn theo một trình tự
nhất định : mỗi sản phấm vừa được tạo ra sẽ lại tiếp tục tham gia ngay vào các phản ứng
kê tiêp tạo nên một chuỗi phản ứng. Đó chính là con đường chuyển hoá các chất trong cơ

thể sống hay cịn gọi là q trình trao đổi chất.
Q trình trao đổi chất (metabolism) gồm 2 q trìíih có *u thê ngược nhau và bổ
sung lẫn nhau : quá trình dị hố (catabolism) và q trình đồng hố (anabolism). Q
trình dị hố là q trình phân giải các chất từ dạng phức tạp thành các sản phẩm có cấu
tạo đơn giản hơn. Q trình đồng hố thì ngược lại, tổng hợp nên các sinh chất mới có
cấu trúc phức tạp từ các tiền chất đơn giản.
10

2.CSHÓ A SINH.B


1.2.5. Phân tử ATP (adenozin triphotphat) là cầu nối của q trình dị hố và đổng hố
Việc cung cấp năng lượng cho các phản ứng hoá học xảy ra trong tế bào sống được
tiến hành một cách khác biệt. Phân tử các chất tham gia phản ứng được cấp năng lượng
để tạo ra trạng thái chuyển tiếp bằng cách liên kết với các phân tử ATP tạo ra các phức
chất trung gian hoạt động. Phân tử ATP chứa những liên kết este photphat cao nãng và là
chất vận chuyển năng lượng chủ yếu của tế bào sống. Phân tử ATP được tạo thành từ 2
nguồn : nguồn hoá năng nhờ q trình oxi hố photphoryl hố các chất hữu cơ giàu năng
lượng và nguồn quang năng nhờ năng lượng mặt trời tạo ra q trình quang photphoryl hố.
1.2.6. Sư sống ln được duy trì ở trang thái cân bằng đơng
Đơn vị sống nhỏ nhất của cơ thể sống là tế bào. Đó chính là sản phẩm tuyệt diệu do
tự nhiên tạo ra trong q trình tiến hố và chọn lọc để hồn thiện. Một trong những đặc
tính được chọn ỉọc là khả năng điều hồ q trình chuyển hố một cách hợp lí và tiết
kiệm nhất. Theo nguyên tắc này tế bào sống chỉ tạo ra những phân tử sinh chất cần thiết ở
mức vừa đủ. Khi tế bào phát triển mạnh, nó sẽ tổng hợp rất nhiều các chất nội bào cần
thiết. Còn khi tế bào ở trạng thái nghỉ khơng hoạt động, nó chỉ tổng hợp rất ít các sinh
chất này. Sự điểu hồ này có được là nhờ cấc enzim chìa khố điều chỉnh việc đóng mở
các phản ứng diễn ra trong các chu trình chuyển hố. Có thể nói rằng, tế bào là một cỗ
máy hố học hoàn toàn tự động điều khiển mọi hoạt động diễn r* trong cơ thể sống một
cách tiết kiệm nhất và đồng thời cũng hiệu quả nhất.

1.3. THÔNG TIN DI TRUYỀN
1.3.1. Phân tử AD N tư sao chép và sửa chữa sai sót gần như hồn hẳo
Phân tử ADN (axit đeoxiribonucleic) là một polime chứa gốc đeoxiribonucleotit được
sắp xếp theo một trình tự nghiêm ngặt thể hiện các thơng tin di truyền. Cấu tạo của nó
gồm

2

sợi xoắn đơi, trong đó mỗi gốc nucleòtit nằm trên một sợi này liên kết với gốc

nucleotit bổ sung trên sợi kia thông qua liên kết hiđro. Trong q trình sao chép thơng tin
di truyền hoặc sửa chữa ADN, mỗi sợi nói trên sẽ là khn để tổng hợp ra sợi bổ sung thứ
hai có cấu trúc như sợi đối diện với nó trước đây. Trường hợp phân chia tế bào, hai sợi
này sẽ tách rời nhau làm khuôn tổng hợp

2

sợi mới bổ sung của chúng tạo ra

2

phân tử

ADN giống hệt nhau nằm ở tế bào con mới hình thành. Vì vậy, các thơng tin di truyền
được giữ ổn định trong một thời gian rất dài qua nhiều thế hệ. Sự ổp định trên còn nhờ sự
có mặt của cơ chế sửa chữa sai sót trong quá trình tổng hợp ADN. Trong quá trình này
những sai sót khơng sửa chữa được sẽ tạo ra các dạng đột biến cung cấp nguyên liệu cho
quá trình tiến hố.
1.3.2. Sư thay đối thơng tin di truyển là cơ sở của q trình tiến hố
Sự ổn định di truyền gần như là hồn hảo, song đơi khi vẫn xuất hiện những thay đổi

di truyền được gọi là đột biến di truyền (genetic mutation). Có nhiều những đột biến như
11


vậy sc bị loại bỏ hoặc làm cho cá thể đột biến bị chết. Tuy nhiên, lại có những cá thê
sống dược và thích nghi với mơi trường mới. Khả năng thích nghi với điều kiện mới này
sẽ cao hơn và được di truyền mạnh hơn, dần dần tạo thành quần thể mới. Trong khi đó
những cá thê hoang dại khơng đột biến sẽ dần bị loại bỏ. Đây chính là cơ sở của q trình
tiến hố tạo ra sự da dạng phong phú của thế giới tự nhiên.
1.3.3. Thứ tư tuyến tính A D N mã hố cấu trúc khơng gian 3 chiểu của protein
Q trình truyền thơng tin di truyền ớ dạng thứ tự tuyến tính các gốc nucleotit nằm
trong sợi ADN để thành cấu trúc không gian 3 chiều của phân tử protein được tiến hành
qua 2 giai đoạn. Trước hết, ADN nới vòng xoắn để lỏng ra một sợi làm khuôn tổng hợp
một sợi ARN (axit ribonucleic) mới là kết quả được sao chép từ ADN nên gọi là ARN
thơng tin (ARNm). Sau đó, ARNm sẽ thực hiện phiên mã bằng cách dựa theo cấu trúc cua
nó, các aminoaxit phải sắp xếp theo trật tự tương ứng để tạo ra phân tử protein. Các phân
tử protein hình thành sẽ tự sắp xếp lại thành cấu trúc không gian 3 chiểu nhờ các liên kết
hiđro, tương tác ion, tương tác Vanđecvan (van der Waals) và tương tác kị nước. Với cấu
trúc đặc biệt này đã làm cho protein hoàn toàn khác với các đại phân tử sinh học khác, nó
đặc trưng cho từng giống lồi riêng biệt.

12


Chương 2
TẾ BẢO VẢ CẤU TRÚC TẾ BÀO
2.1. TẾ BÀO - Đ Ơ N VỊ SỐNG N H Ỏ NH ẤT
Tất cá các cơ thể sống đều cấu tạo từ tế bào. Cơ thể sống đơn giản nhất là giới virut.
Chúng được xếp vào giới sinh vật vơ bào có nghĩa là virut chưa có cấu tạo tế bào. Mỗi
virut chưa được gọi là một tế bào mà gọi là một hạt vưut (virion, virus particle). Đó là

một virut thành thục, có kết cấu hồn chỉnh. Thành phần chú yếu của hạt virut là axit
nucleic (ADN hay ARN) được bao quanh bởi một vỏ protein. Cơ thế sống đơn giản, ví dụ
như vi khuẩn và các động vật nguyên sinh là tế bào đưn, riêng rẽ hay tập đoàn. Các cơ
thể đa bào thì phức tap hơn và mỗi cá thể có thể bao gồm từ vài chục cho tới nhiều triệu
tế bào hoạt động như một thể thống nhất. Cơ thể người có tới 10 12 tế bào.
Hệ thống sinh giới có thể được thể hiện qua mơ hình sau theo cách sắp xếp của nhà
sinh học Trung Quốc Trần ThếTương (1979) :
Sinh
vật

__ Giới Động vật
Giới Nấm

nhân
chuẩn

Giới Thực vật

Sinh

Giới Vi khuẩn lam

vật
nhân
sơ

Giới Vi khuẩn

vô bào '

Tất cả các tế bào đều có kích thước siêu nhỏ được so sánh trên hình 2.1, gồm 3 cấu
trúc cơ bản :
a) Các tế bào đều được bao quanh bởi màng sinh chất, hoạt động như một bức vách
ngăn giữa phần bên trong và bên ngoài tế bào, đồng thời giúp điều hoà các thành phần
bên trong tế bào.
b) Bên trong màng tế bào có nhân hoặc ngun liệu nhân chứa thơng tin di truyền và
kiểm soát tất cả các hoạt động của tế bào.
c) Không gian giữa màng và nhân tế bào đều chứa dịch lỏng hoặc nhớt gọi là tế bào
chất, trong đó xảy ra các phản ứng chun hố hố học, là nơi sản xuất và dự trữ các chất
cần thiết cho tế bào.

13


và các cơ thể sinh vât bâc cao

Hình 2.1. So sánh mối tương quan vê kích thước giữa nguyên tử, tê bào

Z
a<
)
D>
ơ
Z

oC

<1)

Ố

£
<

£

Ẹ

ọ

oX
-Q
rr

>

<0

35 CD
Ẹ
C
D o
o ir

ơ)

o

Q

X
1 nm

Q)

>

p-

•P
Q

0,1 nm

'D
ơ
)
c
í?
o

10 nm

1 um

10

um

100 um

_L
1 mm

Quan sát bằng kính hiển vi diên tử thấu xạ (transm ission)

Quan sát bằng kỉnh hiển vi quang học

10 mm

100

mm

1m

10 m


2.2. CẤU TRÚC CỦA TẾ BÀO
2.2.1. Màng tê bào
Mơ hình về cấu trúc màng tế bào hay màng sinh chất là mơ hình khảm động. Mơ
hình này được minh hoạ trên hình 2.2. Lớp kép lipit làm khung cho màng, các phân tử
photpholipit di động tự do với điều kiện giữ nguyên hướng phân bố trong một nửa lớp kép
của chúng. Cholesterol với một tỉ lệ nhỏ nhằm hạn chế ở một mức độ nhất định sự di
chuyên của photpholipit và do đó có chiều hướng tạo ra sự ổn định cho cấu trúc màng.
Protein màng bao gồm cả loại cầu và loại sợi. Một sô' được gọi là protein xuyên màng,
chạy thẳng qua màng và có cả đầu ngoại bào lẫn đầu nội bào. Các protein khác gọi là

protein bám màng cố định ở một nửa của lớp kép hoặc chỉ bám vào bề mặt màng. Đa sơ
protein có thể chuyên dịch sang bên nhưng vẫn được giữ trong màng bằng các lực hấp
dẫn. Lực này xuất hiện giữa các nhóm kị nước -R của aminoaxit chồi ra từ protein với
các đuôi kị nước cua các phân tử lipit.
Chức năng chính của màng sinh chất là hoạt động như một hàng rào cản chọn lọc
giữa môi trường bên trong và bên ngồi tế bào. Màng có tác dụng điều chỉnh sự vận
chuyển vật chất vào và ra ngoài tế bào. Quá trình vận chuyển này bao gồm nhiều cơ chế
khác nhau, từ khuếch tán đơn giản đến các phương thức phức tạp của vận chuyển
chủ động.
Sự khuếch tán là phương thức thông thường để tế bào nhận vào hoặc cho ra các phân
tử nhỏ như oxi hoà tan, đioxit cacbon và các phân tử nước. Các ion nhỏ như Na+, K+ và
C1 cũng có thể đi qua được. Khuếch tán dựa vào sự khác biệt về nồng độ. Các chất luôn
di chuyển thuận chiều với "građien nồng độ" tức là chuyển dịch từ phía nồng độ cao về
phía nồng độ thấp. Sự di chuyển này xảy ra đơn giản vì các ngun tử và phân tử ln ở
trạng thái di động ngẫu nhiên liên tục, đưa tới một sự cân bằng nồng độ, cũng chính là
thiết lập sự cân bằng động giữa 2 phía của màng. Khuếch tán có thể xảy ra trực tiếp qua
lớp kép lipit của màng, song có lẽ chủ yếu là một số protein trong màng đã hoạt động nhữ
"phu khuân vác" hoặc các "kênh" để vận chuyển các chất qua màng. Khuếch tán luôn
luôn là quá trình thụ động và khỏng cần phải tiêu hao năng lượng.
Màng tế bào cịn có tác dụng như một màng bán thấm, các phân tử nước qua lại 2
phía của màng theo nguyên tắc thẩm thấu.
Sự vận chuyển chủ động ln cần có các protein màng. Trong trường hợp này cần
phải tiêu hao năng lượng vì các chất được vận chuyển ngược với građien nồng độ.
Các phân tử protein có thể quay hoặc biến dạng. Vận chuyển chủ động tham gia vào
nhiều hoạt động chuyển hoá như hấp thụ và tiêu hoá thức ăn, bài tiết và dẫn truyền
xung thần kinh.

15

2.2.2. Màng lưới nôi chất
Trong nội bào là một hệ thống màng lưới gọi tắt là màng nội chất. Các màng này có
cấu trúc gần tương tự như cấu trúc màng tế bào bên ngoài. Các vách ngãn giữa các màng
đã tạo ra các khoang dẹp gọi là các xitec. Các xitec này lại có màng bao quanh nữa và
thường thông với nhau. Các hạt riboxom được khảm trên các màng này và có nhiệm vụ
sản xuất protein để đựng trong các xitec.
2.2.3. Thể Golgi
Bao gồm một chồng các xitec dẹp, trịn hình đĩa, bao bởi màng nội chất trơn khơng
có các hạt riboxom bám vào. Chức năng chính của thể Golgi là gắn nhóm tiền tố
cacbohiđrat vào với protein, tức là hồn thiện việc tổng hợp đóng gói glicoprotein. Cuối
cùng thê Golgi hợp với màng sinh chất giải phóng các glicoprotein ra ngồi tế bào. Thê
Golgi cịn tham gia vào việc chế tạo thêm các

chất như polisaccarit và một sô hoocmon.

dáng kể như insulin và gastrin.
2.2.4. Lizoxom
Từ thê Golgi cũng tạo nên các túi có màng bao bọc gọi là lizoxom. Các túi này ở lại
tế bào chất. Lizoxom chứa nhiều các enzim mạnh và thực hiện vai trò tiêu hố nội bào.
Nó phân huỷ thức ăn vào qua thực bào và tấn công các bào quan đã hỏng. Các chất hữu
ích thu được qua tiêu hố như aminoaxit và đường đơn được hấp thụ bới tế bào chất,
còn các nguyên liệu rắn được thải ra khỏi tế bào khi các túi lizoxom kết hợp với màng
sinh chất.
Lizoxom cũng tham gia vào sự phân huỷ các nguyên liệu tế bào sau khi tế bào chết.
Quá trình này xảy ra trong q trình biến thái cơn trùng hoặc khi con nịng nọc tiêu đi.
Sự rối loạn chức năng lizoxom có lẽ là nguyên nhân gây nên một số loại ung thư.
2.2.5. M àng nơi chất trơn
Đa số tế bào có chứa cẳc khu vực màng kéo dài từ màng nội chất nhưng lại khơng có
các hạt riboxom bám ngồi. Các màng này có liên quan tới việc tổng hợp các lipit khác
nhau kế cả steroit. Các khu vực này đặc biệt phát triến trong các tê bào vỏ của tuyến trên

thận, nơi sản sinh ra các hoocmon steroit.
2.2.6. M àng nhân
Màng bọc nhân của các tế bào nhân chuẩn tạo một vách ngăn giữa tế bào chất và chạt
dịch trong nhân hay dịch nhân. Màng nhân này có nhiều lỗ thủng và được bịt bởi các
protein đế điều chỉnh một cách tích cực giữa nhân và tế bào chất.

16


Protein sợi

Cholesterol
(làm ơn định
cẩu trúc màng)

Protein
xun màng

C ác nhóm ca cb o h iđ ra t
bám vào protein cầu

Protein
tạo lỗ

Các protein bám m àng cố định
trong m ột nửa của lớp kép lipií
hoặc bám vào bề mặt

Hình 2.2. Mơ hình khám dộng về cấu í rúc màng sinh chất

2.3. CÁC BÀO Q U A N
2.3.1. Nhân
Sự xuất bảo
Túi tiết
C hất nền
tế bào chất
Sợi siêu vi (actin)
Bộ khung
tế bào - Ông siêu vi (tubulin)

Màng sinh chất
The Golgi
(m àng nội chất trơn)
Trung tử

Bóng tải
Màng nhân
C hất nhân chứa
nhiễm sắc chất

Ti thể

-Nhân

Nhân nhỏ
Lỗ
màng nhân

Màng nội chất hạt
M ảng nội chất

riboxom tự do
Lizoxom

Hình 2.3. Cấu trúc siêu hiển vi t ế bào nhăn chuẩn
3 CSHOA SINH A

17


Nhân có 2 chức nãng chủ yếu : điều hồ hoạt động của tê bào cũng như kiêm sốt
hoạt tính hố học của tế bào và mang thơng tin di truyền để truyền cho các tế bào con khi
phân bào. Cấu trúc nhân đế thực hiện chức năng di truyền là các nhiễm sắc thể, mỗi
nhiễm sắc thể lại gom hằng dãy các gen. Các gen được cấu tạo từ axit đeoxiribonucleic
(ADN). Nó liên kết với các protein đặc biệt là histon tạo ra các chất nhiễm sắc gọi là
nhiễm sắc thể. Các chất nhiễm sắc có tính axit do đó có thể được nhuộm chọn lọc bằng
các thuốc nhuộm kiềm, thí dụ xanh metylen.
2.3.2. Nhân nhỏ
Trong nhân thường có một vài nhân nhỏ đậm đặc hình cầu. Các cấu trúc này được tạo
từ axit ribonucleic (ARN) cộng thêm một ít ADN và protein. Chức năng chính là để tạo
ra riboxom. Mỗi nhân nhỏ sẽ sản xuất ra các tiểu đơn vị để tạo riboxom. Các đơn vị nhỏ
này đi qua màng nhân ra tế bào chất rồi mới kết hợp với nhau. Các nhân nhỏ khơng có
màng riêng bao quanh. Nó vỡ và tiêu biến khi tế bào phân chia và lại xuất hiện khi tế bào
con đã tách rời nhau.
2.3.3. Ti thể
Ti thể là bào quan hình trịn hoặc hình xúc xích dài 2-5 |X. Nó có trong tất cả các tế
bào nhân chuẩn vì qua quá trình hố học của hơ hấp, ti thể cung cấp năng lượng cho các
hoạt động của lế bào. Chính ti thể sinh ra ATP. Chất này cung cấp năng lượng vạn năng
cho tất cả các cơ thể sống. Nhờ có enzim ATP-aza, mạch ATP có thể gẫy ở bất cứ đâu và
bất cứ khi nào cần đến. Trong mỗi tế bào, số lượng ti thể dao động từ 50-1000. Các tế bào
hoạt động mạnh như ở gan có số lượng lớn ti ihể, ở tim lại còn lớn hơn.

2.3.4. Luc lap
Lục lạp là loại bào quan lớn, có đường kính 4-10 1^. Nó chứa các sắc tố màu xanh lục
gọi là chất diệp lục (chlorophyl) và có trong các tế bào có khả năng quang hợp như tế bào
lá cây xanh. Chức năng là hấp thụ năng lượng ánh sáng để quang hợp tạo ra các phân tử
cacbohiđrat từ các chất vỏ cơ như C 0 2 và H 2 0 .
2.3.5. Các sơi siêu vi và ông siêu vi
Các sợi siêu vi là các sợi mảnh, đường kính 4-6 nm, cấu tạo từ loại protein gọi là
actin. Sự có mặt của chúng có liên quan đến sự vận động tế bào kể cả sự tham gia của
chúng vào phân bào, nhập bào cũng như sự di chuyển của toàn tế bào.
Các ống siêu vi là các ống rỗng dài, đường kính khoảng 25 nm, cấu tạo từ protein
turbutin và tuỳ theo sự cần thiết có thể nhanh chóng tập hợp lại hoặc tan rã. Các ống siêu
vi cứng hơn các sợi siêu vi và hoạt động như các cấu trúc nâng đỡ trong tế bào, hình
thành nên cái giống như bộ khung xương bên trong tế bào và gọi là bộ khung tế bào. Các
ống siêjụ vi đôi khi tham gia vận chuyển các chất từ chỗ này đến chỗ khác bên trong tế
bào và có thể là thành phần phụ của các bào quan khác.
18

3.CSHÓA SINH.B


2.3.6. Trung tử, lông rung và roi
Tất cả các bào quan này đều có cấu trúc từ các ống siêu vi. Trong quá trình phân bào,
trung tử phân chia, di chuyển về hai cực đối lập của tế bào và hoạt động như các tiêu
điểm cho việc hình thành nhân của các tế bào con.
Lông rung và roi giống như cái chồi mảnh phát ra từ tế bào và có cấu trúc cơ bản
giống với trung tử. Cả lông rung và roi đều tham gia vào sự di động và vận chuyển tế bào.
Lông rung thường ngắn hơn roi và hoạt động tập thể trong các nhóm chức năng, trong khi
đó roi thường lớn hơn và hoạt động đơn độc.
2.3.7. Không bào
Ở các tế bào trưởng thành bắt đầu xuất hiện không bào. Trong không bào chủ yếu là

nước và một số chất khác gọi chung là dịch bào. Thành phần của dịch bào là các axit hữu
cơ, đường, aminoaxit, protein, một số rất ít các chất khác như màu sắc, kháng sinh,
enzim, ...

19


Chương 3
THÀNH PHẦN HỐ HỌC CỦA c ơ THE SĨNG VÀ VAI TRỊ
CỦA NƯỚC TRONG Q TRÌNH SĨNG
3.1. CÁC N G U YÊN TỐ HOÁ HỌC TRONG c ơ THỂ s ố n g
3.1.1.

Thành phân các ngun tơ' hố học quyết định sự sống

Từ bức tranh dưới đây (hình 3.1) về thành phần các nguyên tố được phân bố trong vũ trụ,
vỏ trái đất và cơ thể người, có thể thấy H và He là thành phần chủ yếu trong vũ trụ, o và
Si là thành phần chủ yếu trong vỏ trái đất còn 4 nguyên tố H, c, N và o là thành phần chủ
yếu trong cơ thể con người. Các nguyên tố khác được xem là tương đương giữa vũ trụ và con
người. Nếu đúng là như vậy, phải chăng có thể xem con người là một vũ trụ thu nhỏ ?

1

2

3

4

5

6

H

He

ủ

Be

B

C

78

N ỏ

9
F

10 11 12 13
Ne Na Mg AI

14 15
Si p

16

s

17
Cl

Hình 3.1. Thành phần của vũ trụ, vỏ trái đất và c ơ th ể người

Ghi chú :

2 0

Cột trái :

Vũ trụ

Cột giữa :

Vỏ trái đất

Cột phải :

Cơ thể người

Dấu chấm :

Nhỏ hơn 0,01 trên 100000 nguyên tử

Trục tung :

Số nguyên tử/100000 nguyên tử

Trục hoành :

Số nguyên tố và nguyên tử

18
Ar

K

19 20 Các
Ca nguyên tô
khác


Sự sống gắn iiền với sự hình Ihành các chất có cấu trúc phân lử lớn và phức tạp.
Chúng chỉ có thê hình thành từ một số ngun tố và chỉ có thể bền vững lrong những điéu
kiện mơi trường hạn chế. ớ vd trụ với H và He sẽ khơng có hố học. Cũng khơng thể có
hố học trong lửa đỏ của các vì sao, nơi mà tất cả các hợp chất đểu nổ tung thành các
nguyên tố hoá học. Ớ môi trường ỉạnh như mặt trăng và một số hành tinh có thể xuất hiện
một q trình hố học chậm rãi và giản đơn nhưng thật khó để hình thành ra các phân tứ
phức tạp như protein hoặc axit nucleic. Chi trong những điều kiện ơn hồ cúa một hành
tinh thích hợp như Trái Đất, chứa nhiều nguyên tố có khả năng tạo thành các hợp chất
phức tạp mới có khả nãng nảy sinh sự sống. Oxi và hiđro là 2 nguyên tố có hàm lượng
lớn trong cơ thể sống. Điều này cho thấy vai trò quan trọng và quyết định của nước đối
với sự sống. Có lẽ cũng vì vậy, chỉ với thành phần có nhiều oxi và hiđro như vỏ trái đất
mới đáp ứng được yêu cầu nảy sinh và duy trì sự sống.
3.1.2. Các nguyên tố sinh hoc
Trong cơ thể sống có khoảng 30 nguyên tố hoá học đã xác định được. Đa số các
nguyên tơ' này có khối lượng ngun tử nhỏ. Trong đó, 4 nguyên tố quan trọng nhất là c ,

H, o và N chiếm tới 90% khối lượng của tế bào sống. Có một sự trùng lặp là

6

trong số

8

nguyên tố phố biến nhấl của cơ thể sống lại nằm trong số 9 nguyên tố phổ biến nhất
trong nước biển và trong khơng khí. Đây được xcm là kết quả hồn tồn có tính logic.
Chính từ nước và khơng khí đã hình thành những mầm sống đầu tiên và liếp theo là các
q irình tiến hố đã xảy ra đồng hành với sự có mặt của nước và khơng khí.
■Bốn ngun tố c, H, o và N là rất quan trọng đối với sự sống vì chúng có xu thế
mạnh mẽ để hình thành các liên kết cộng hố trị, trong đó c đóng vai trị quyết định.
Cacbon ỉà ngun tố duy nhất có khả nâng kết hợp với nhau tạo ra bộ khung cacbon đa
dạng khác nhau : mạch thẳng, mạch nhánh, mạch vòng và dạng khung cho phép tạo ra
tập hợp vô cùng lớn các chất hữu cơ. Bộ khung cacbon lại có khả năng liên kết với các
nhóm chức như hiđroxyỉ - OH, cacbonyl - CHO, cacboxyl - COOH, amin - NH2,... góp
phần tạo ra các phân tử đa chức năng.
Tuy nhiên, sự sống không chỉ tạo dựng dựa trên 4 nguyên tố này. Rất nhiều các
nguyên tố khác cũng cần thiết cho sự sống trên Trái Đất được nêu ra trong bảng 3.1. Đó
là các nguyên tố chủ chốt như lưu huỳnh, photpho có khả năng tạo các liên kết cộng hoá
trị và các ion Na+, K+, Mg2+, Ca2+, và C1 . Lưu huỳnh là hợp phần quan trọng của
protein, còn photpho giữ vai trò chủ yếu trong trao đổi năng lượng. Một số các nguyên tố
khác được xếp vào dạng cần thiết với lượng ít hoặc ở dạng vết có tác dụng hỗ trợ cho sự
xúc tác trong các phản ứng hoá sinh.

21

B A N G 3.1. C Á C N G U Y ÊN T ố

Được

P H Á T HI ỆN T R O N G

Các nguyên tố

Hàm lượng

Các nguyên tố

cơ

T H Ế SỐNG

Hàm lượng

Mức 4

Mức 1
Cacbon

Chiếm lượng lớn

Acsen

Chiếm lượng vết

Hiđro

trong cơ thể sống

Bo

trong cơ thể sống

Nitơ

Brôm

Oxi

Crôm
Flo

Mức 2
Canxi

Chiếm lượng nhỏ

Gali

Clo

trong cơ thể sống

lôt

Kali

Molipđen

Lưu huỳnh

Nhôm

Magiê

Niken

Natri

Selen

Phốt pho

Silic

Mức 3

Vanađi

Cô ban
Đồng

Chiếm lượng rất nhỏ
trong cơ thể sống

Vonfam

Kẽm
Mangan
Sắt
B Ả N G 3.2. T Ỉ L Ệ C Á C N G U Y Ê N T ố SIN H H Ọ C C Â U T Ạ O N Ê N c ơ T H Ể N G Ư Ờ I

Các nguyên tố
Các nguyên tố chính :

2 2

Tỉ lệ
99%

Các nguyên tố
Các nguyên tố khác

Tỉ lệ
1%

Oxi

65%

Kali

0,35%

Cac bon

18%

Lưu huỳnh

0,25%

Hiđro

10%

Clo

0,16%

Nitơ

3%

Natri

0,15%

Canxi

2%

Magiê

0,05%

Phốt pho

1%

Sắt

0,04%

Đồng

vết

lốt

vết

Kẽm

vết

Mangan

vết


3.2. VAI TRỊ CỦA NƯỚC TRONG Q TRÌNH SỐNG
3.2.1. Cấu tao và tính chât của nước
Phẩn lớn oxi và hiđro có trong cơ thể sống là ở dạng nước. Nước chiếm 75% khối
lượng đa số các tế bào, Tuy nhiên, tỉ lệ nước cũng phụ thuộc vào sự có mặt của ngun
liệu khung. Trong các cơ thê khơng có mơ cứng, tỉ lệ nước thường vào khoảng 75%, còn

trong cơ thể người do có khung xương nên tỉ lệ nước vào khoảng 60%.
Sự liên kết đặc biệt giữa oxi và hiđro trong phân tử nước đã làm cho nước có rất
nhiều tính chất quan trọng có ý nghĩa đối với sự sống. Như minh hoạ trên hình 3.2, và
hình 3.3, ba nguyên tử hợp thành một phân tử nước không cùng nằm trên một đường
thẳng, 2 liên kết O-H này đã tạo ra một góc 104°5. Phân tử nước sẽ khơng có cấu tạo đối
xứng và là một phân tử phân cực. Sự phân cực này đã dẫn đến sự tương tác giữa các phân
tử nước theo kiểu liên kết hiđro. Đây cũng là một trong những loại liên kết đặc trưng ,tạo
ra sự tương tác giữa các phân tử sinh chất. Chính vì thế, nước đã trở thành một chất hố
học giữ vai trị tiên quyết đối với sự sống. Thật vậy, các q trình hố học và vật lí của sự
sống địi hỏi các phân tử phải ln có khả năng di động, tiếp xúc lẫn nhau và trao đổi các
hợp phần trong quá trình trao đổi chất và tổng hợp phức tạp. Nước không chỉ là một chất
lỏng phổ biến trên Trái Đất mà cịn thích hợp cho các mục đích trên.
Điện tích
dương nhỏ ồ+
Trục O-H của
phàn tử nước

5+và Ổ diễn đạt các
điện tích rất nhỏ
Hình 3.2. Sắp xếp các nguyên tử
trong phân tử nước

Hình 3.3. Liên kết hiđro
giữa các phân từ

3.2.2. Nước Ịà môt dung môi
Quá trình sống cần có hàng loạt các ion và phân tử được chuyển động ở kề cận nhau
tức là phải hồ tan được trong mơi trường chung. Nước có tác dụng như một môi trường
phố biến trong nội tế bào cũng như ở ngoại tế bàị là nhờ vào tính hồ tan cao của nó.
Khả năng này là kết quả của xu hướng hình thành liên kết hiđro và do tính lưỡng cực của

nước quyết định.

23


a) Đối với các phân tứ ưanước.Các phântứ có các nhóm chức có khả năng tạo thành
liên kết hiđro dều có xuhướng liên kết hidro với nước. Vídụ, như các hợp chất có nhóm
hiđroxyl, amin, sunfuhidryl, este, xeton và hàng loạt các hợp chất hữu cơ khác) Khi các
phân tử có nội liên kết hidro tạo thành các vịng xoắn cũng có khả năng mở xoắn để tạo
thành một số hoặc tất cả đê chuyên thành liên kết hiđro với nước (hình 3.4). Các hợp chất
khơng tạo thành liên
kết hiđro đương nhiên
thường ít tan trong
nước. Các hợp chất vơ
cơ (V í dụ NaCl) tuy
tồn tại ở thể rắn như
một mạng ion bền
vững song vẫn hồ tan
hồn tồn trong nước,
đó là do tính lưỡng
cực của các phân tử
nước. Tương tác của
các lưỡng cực với
cation và anion trong
Hình 3.4. Sự thay đổi liên kết hiđro khi ìiồ tan trong nước
dung dịch nước làm
cho các ion bị hiđrat hố, có nghĩa là các ion bây giờ được bao bọc bởi lớp vỏ phân tử
nước (hình 3.5). Hầng số điện mơi cao của nước cịn làm giảm lực hút giữa các điện tích
có dấu trái ngược đồng thời lại cũng có thể đẩy chúng gần nhau hơn. Bản chất lưỡrm cực
của các phân tử nước cũng làm cho nước có khả năng hồ tan các phân tử hữu cơ phi ion

nhưng mang cực như các phenol, este, amit. Các phân tử này thường có mômen lưỡng cực
lớn và tương tác với các lưỡng cực nước kích thích sự hồ tan của chúng trong nước.

Hình 3.5. Sự hidrat hoá các ton trong dung dịch

24


b) Đối với các phân tử kị nước. Phân tử của các chất này, ví dụ như hiđrocacbon, là
phi cực, phi ion nên không thê tạo ra các liên kết hiđro và chỉ hoà tan rấl hạn chế trong
nước. Khi các phân tử kị nước hồ tan, chúng khơng tạo thành các vỏ hiđrat hoá như các
chất ưa nước tạo ra.
Trong trường hợp
này, các liên kết giữa
các phân tử nước tạo
ra như một mạng lưới
hay cịn ví như một cái
ỉồng giữ các phân tử
kị nước ở bên trong
(hình 3.6). Đương nhiên
sẽ khơng có nhiều
phân tử chất kị nước
bị phân tán như vậy,
và dù cho có xảy ra thì
Hình 3.6. Các phân tử nước tạo thành lồng bao lấy phân lử kị nước
xu thế tập hợp lại cũng
là không tránh khỏi.
c) Đối với các phân tử lưỡng tính. Các phân tử này mang đồng thời cả hai tính chất ưa
nước và kị nước, ví dụ các chất béo, các chất tẩy rửa,... Khi hồ vào nước, chúng có thể
tạo thành một lớp đơn phân tử trên bề mặt nước với cách dàn đều các phân tử theo cách

đầu ưa nước quay xuống dưới chìm vào trong nước, cịn đầu kị nước quay lcn trên. Trong
ưường hợp được khuấy trộn mạnh thì có thế hình thành các chuỗi phân tử cuộn lại tạo ra
một hình cầu chỉ có một lớp phân tử với bề mặt hình cầu là các phần ưa nước cịn bên
trong là các phần kị nước (hình 3.7) gọi là các mixen. Trường hợp tạo hình cầu với lớp
kép gồm 2 lớp phân tử quay phần kị nước vào nhau thì đó chính là hình ảnh màng tế bào
đã đề cập đến trong bài trước.

UìMìMảì

A. C ác phân tử hình thành m ột lớp bề
mặt
_
Cắc phẩn kị nước dựng đứng lên khỏi
bề m ật của nước

B. Các phân tử hình thành một mixen

hình cầụ
Các phần kị nước của phân tử quay
vào míxen, cịn các phân tử ưa nươc
nằm trên bể mãt

Hình 3.7. C ác phân tử liiỡng tính hình thành ỉớp b ề mặt hoặc mixen hình cần

4.CS HĨ A SINH.A

25